摘要:介紹了適用于井下浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理，地面模擬實(shí)驗(yàn)及在青海油田現(xiàn)場應(yīng)用效果表明,該流量計(jì)具有啟動(dòng)流量低、測(cè)量范圍寬,能夠應(yīng)用于井下油水兩相流及產(chǎn)液含砂井的流量測(cè)量。
0引言
目前國內(nèi)油井過環(huán)空產(chǎn)出剖面測(cè)井的流量測(cè)量以渦輪流量計(jì)為主四，由于受儀器外徑和集流效果限制，渦輪流量計(jì)通常存在如下缺點(diǎn):流量測(cè)量范圍小，或者啟動(dòng)排量過高或者測(cè)量流量上限太低;砂卡普遍較為嚴(yán)重,不能測(cè)量含砂流體;隨著三次采油技術(shù)的推廣，渦輪流量計(jì)因粘度影響,已無法滿足稠油及注聚產(chǎn)液測(cè)量。因此,準(zhǔn)確的流量測(cè)量對(duì)新型流量計(jì)的需求顯得愈加迫切。
1浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
1.1浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)
為了達(dá)到降低流量測(cè)量下限,提高流量測(cè)量上限,進(jìn)而拓寬流量測(cè)量范圍,同時(shí)也為了有效防止砂卡,客服流體粘度影響,從而達(dá)到測(cè)量含砂流體或注聚產(chǎn)液目的,井下浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。
位移傳感器外殼1主要用于封裝位移傳感器2~8等部件;位移傳感器是差動(dòng)變壓器式傳感器,其內(nèi).部鐵芯3用于傳遞浮子位移、速度;浮子6置于流道中央進(jìn)液口處進(jìn)行流量測(cè)量;下壓彈簧4固定于差動(dòng)變壓器式傳感器2下端,用于提高流量上限;浮子活動(dòng)范圍由出液口短接5長度所限;上托彈簧7用于降低流量下限。
1.2浮子流量計(jì)工作原理
流體由進(jìn)液口進(jìn)入儀器流道,推動(dòng)浮子,浮子上移過程中,流體在出液口處的流通截面積逐漸增大,不同的流量對(duì)應(yīng)不同的流通截面積,截面積的變化轉(zhuǎn)化為浮子的位移，進(jìn)而不同的流量又轉(zhuǎn)化為浮子的不同位移,即:流量一->面積一->位移。此位移再由內(nèi)部鐵芯傳遞給差動(dòng)變壓器式傳感器,位移傳感器通過測(cè)量浮子位移位移傳感器通過測(cè)量浮子位移量來測(cè)量流體流量。
1.3浮子流量計(jì)特點(diǎn)
浮子式流量計(jì)在地面計(jì)量中是一種成型產(chǎn)品，投人實(shí)際應(yīng)用的已好多種,但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，各式型號(hào)的浮子式流量計(jì)一直未能在井下過環(huán)空產(chǎn)出剖面流量測(cè)量中得到較好應(yīng)用。所述井下浮子流量計(jì),綜合以往各式浮子流量計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)渦輪流量計(jì)所存缺陷,面向目前新時(shí)期流量測(cè)量特點(diǎn),從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā),經(jīng)多方優(yōu)化設(shè)計(jì)而成,主要應(yīng)用于井下過環(huán)空產(chǎn)出剖面穩(wěn)定流態(tài)點(diǎn)測(cè),其特點(diǎn)如下:
(1)為流體提供的流通通道短,浮子上、下兩處裝置兩根輔助彈簧。在浮子上移過程中,流體在出液口處的流通截面積逐漸增大,流體對(duì)浮子的沖擊減弱,因此可通過加長浮子位移量提高流量上限;在高流量范圍內(nèi),在流通面積的增加量不足以滿足測(cè)量范圍要求時(shí),浮子向上壓縮下壓彈簧,下壓彈簧彈力克服相當(dāng)部分流動(dòng)壓力及浮子自身浮力，使流量計(jì)不至于很快飽和產(chǎn)出，因此可以通過增加下壓彈簧倔強(qiáng)系數(shù)提高流量測(cè)量上限;
(2)從啟動(dòng)到下托彈簧共工作工程中，下托彈簧使浮子處于受力平衡狀態(tài)，因而流量測(cè)量幾乎無須克服浮子自重而實(shí)現(xiàn)低啟動(dòng)排量,極大程度上降低了流量測(cè)量下限;
(3)浮子與流通內(nèi)壁距離遠(yuǎn)大于流體內(nèi)含砂的.粒徑,能夠用于含砂流體的測(cè)量，很好的解決了渦輪流量計(jì)所無法克服的砂卡問題。
1.4浮子流量計(jì)流量測(cè)量過程力學(xué)分析
井下浮子流量計(jì)的測(cè)量原理既符合傳統(tǒng)浮子流量計(jì)的測(cè)量原理,又有一定區(qū)別。該流量計(jì)工作時(shí),浮子的受力、位移不斷變化,此過程大體分為四個(gè)階段:.
1.4.1零流量
浮子6由上托彈簧8托扶,上托彈簧8被壓縮，浮子6處于平衡位置,其力學(xué)關(guān)系式為:
M+M2+M3=0(1)
其中，M是上托彈簧的彈力;M2是浮子所受的浮力;Ms是浮子所受的重力。上托彈簧力M和浮力M.克服浮子自身重力M3，受力平衡,零流量時(shí)浮.子靜止，此時(shí)稍加流量,處于平衡狀態(tài)的浮子即可產(chǎn)生位移,降低了啟動(dòng)排量,帶人各自的表達(dá)式得:
ki△x+ρgV-mg=0(2)
k1上托彈簧倔強(qiáng)系數(shù);△x.上托彈簧的壓縮長.度;流體密度ρ;g重力加速度;V浮子體積;m浮子質(zhì)量。
1.4.2低流量
在流動(dòng)壓力作用下,浮子6.上浮,其位移量由位移傳感器2測(cè)量,流體在出液口位置的流通截面積增大,浮子6在新的位置達(dá)到平衡,其力學(xué)關(guān)系式為:
F(Q)+kiOx+ρgV-mg≈0(3)
其中F(Q)為流動(dòng)壓力,該力是浮子上下的流體壓力差，流體流出出液口后,以扇狀發(fā)散向上流,設(shè)S1、S2分別是流束在浮子上下的流通截面積;PIP2分別為浮子上下的壓力;V1、V2為流體在S.S2截面積上的流速。流體滿足伯努利方程:
其中ρ、v~g、h分別是流體密度、流速、重力加速度、液壓高度,流動(dòng)壓力為:
F(Q)=P2-P:(5)
(4)代人(5)整理后得:
F(Q)=ρg(h2-h)+zρ(v2v2)(6)
又Q、S、v關(guān)系:
Q=vS(7)
其中Q、S為流體流量、流通截面積。
Qi=vS:(8)
Q2=v2Sz(9)
流量一定時(shí)，流量計(jì)內(nèi)與井筒內(nèi)流量相等,即:
Qi=Q2z(10)
v.Si=v2S2(11)
忽略浮子的垂直高度差,(8)(9)(10)帶人(6)得:
此式同時(shí)說明流動(dòng)壓力F(Q)與流體的流量Q的平方成正比。
1.4.3中流量
隨著流量增加,當(dāng)流量足夠大時(shí),浮子脫離.上托彈簧8,但未觸及下壓彈簧4,浮子懸浮于流體當(dāng)中,上托、下壓彈簧的形變均為零。在該流量范圍內(nèi),重力、浮力、流體推動(dòng)力達(dá)到新的平衡,浮子6的力學(xué)關(guān)系式為:
F(Q)=+ρgV-mg=0(13)
1.4.4高流量
進(jìn)人高流量后,浮子向上壓縮下壓彈簧4,此時(shí)浮子受重力、浮力、流體推力、下壓彈簧反向推力,
其力學(xué)關(guān)系式為:F(Q)-kxΔx+pgV-mg=O(14)
2方法實(shí)驗(yàn)
方法實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為柴油、水兩相流:含水率調(diào)節(jié)為0、30%、50%、70%、80%、90%、100%;在每一含水率.下,流量調(diào)節(jié)為1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d、8m3/d、9m3/d、100m3/d,記錄各含水率下不同流量時(shí)浮子流量計(jì)輸出頻率的變化量,得到井下浮子流量計(jì)在油水兩相流條件下的方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖2)。圖中橫坐標(biāo)是配比流量(m3/d),縱坐標(biāo)是儀器輸出頻率(Hz)。
由圖2可以看出,浮子的啟動(dòng)流量很低為1m2/d,流量.上限達(dá)70m3/d;在0、30%、50%、70%、80%、90%、100%每一含水率不同流量下,浮子流量計(jì)頻率響應(yīng)有較好的線性關(guān)系;在1m3/d、5m3/d、10m3/d、2m3/d、3m3/d、5m3/d、7m3/d8m3/d、9m3/d、100m3/d每一流量下，不同含水率下儀器輸出頻率離散性很小。
3現(xiàn)場應(yīng)用及分析
多待測(cè)油井井況比較特殊,以往的測(cè)井儀器根本無法下井,而且大都為含砂井,砂卡普遍較為嚴(yán)重,渦輪流量計(jì)根本無法應(yīng)用，無法進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)量”。井下浮子流量計(jì)憑借自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)勢(shì),配接于產(chǎn)出剖面測(cè)井儀，上，采用傘式集流器在這些油田成功的實(shí)現(xiàn)了流量測(cè)量。圖3為青海油田X井測(cè)井曲線圖,該井產(chǎn)量為53.3m2/d,含砂大約6%。由圖中井溫及微差井溫曲線可以看出,該井主產(chǎn)層在1460m-1510m,結(jié)合磁定位曲線所示射孔層位及井溫變化曲線可定性的判斷出四個(gè)主要產(chǎn)層,大致分布在深度為1470m~1475m，1480m附近，1485~1490m,1495m附近，1500m附近開始進(jìn)人死水口。
根據(jù)射孔深度、井溫曲線波動(dòng),該浮子流量計(jì)的測(cè)點(diǎn)深度分別選取在1475.4m、1478.9m、1484.6m、1489.1m、1493.6m,相應(yīng)射孔深度的點(diǎn)測(cè)響應(yīng)值分別為960Hz.947Hz、837Hz、762Hz、646Hz,不同的頻率值對(duì)應(yīng)不同的產(chǎn)量,表明浮子流量計(jì)在主產(chǎn)層工作正常,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各產(chǎn)層產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,并且測(cè)量不受限于含砂流體,可以用于含砂井的流量測(cè)量。表1是將圖4浮子流量計(jì)測(cè)井頻率響應(yīng)曲線圖中深度與頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成深度及流量對(duì)應(yīng)關(guān)系。選取1500m死水區(qū)頻率為260Hz(浮子流量計(jì)基值)作為基值,其他測(cè)點(diǎn)頻率響應(yīng)與之分別作差頻,根據(jù)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果,找出各差頻值對(duì)應(yīng)的流量,死水區(qū)選0m2/d.
選取表1中的測(cè)點(diǎn)深度值為橫坐標(biāo)，流量作為縱坐標(biāo)，繪制浮子流量計(jì)深度-流量測(cè)井曲線(見圖4)。
4結(jié)論
井下浮子流量計(jì)流量測(cè)量原理的正確性已經(jīng).由室內(nèi)及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證實(shí),而且青海油田現(xiàn)場測(cè)量結(jié)果表明,該浮子式流量計(jì)的流量測(cè)量下限低,流量測(cè)量范圍寬,能測(cè)量含砂流體,特別適合于井下流體測(cè)量。
以上內(nèi)容源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)聯(lián)系即刪除!
